CN108442894A - 一种管柱自动化输送装置及输送方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种管柱自动化输送装置及输送方法，包括猫道本体、第一转臂、第二转臂和坡道体；猫道本体水平设置，第一转臂下端铰接猫道本体的一端；第二转臂上端铰接坡道体的上端，坡道体的下端铰接猫道本体的另一端；第一转臂上连接有第一驱动结构，用于驱动第一转臂的绕其下端旋转；第二转臂上连接有第二驱动结构，用于驱动第二转臂的绕其上端旋转；第一转臂和第二转臂旋转至共面时，形成管柱输送坡道；猫道本体两侧各设有一组排管架。本发明有效解决了传统作业主要依靠人工滚动、风动绞车吊起将管柱送达钻台面，以及近期出现的自动化猫道输送效率低、噪音高、动力装置大；管柱输送、回收下放速度慢、地面排管架上管柱还需要人员辅助等问题，降低了用工数量、人员劳动强度和安全风险。
Description
技术领域
本发明属于油气工程钻探设备技术领域，涉及一种管柱自动化输送装置及输送方法。
背景技术
管柱输送装置是油气开采主要装备-钻机的一个重要部件，其主要功能是将地面管柱输送到钻机作业钻台面，再由其它设备对其实施抓取，用于钻井作业，该设备主要包括管柱排放架、猫道、坡道三部分。
传统作业主要是依靠人工将存放于排管架上的管柱，通过滚动方式，移动到猫道上、人工用风动绞车抓取、吊起将管柱送到达钻台面，存在员工劳动强度大、人员安全风险高。近期也有自动化产品应用，主要存在的问题：(1)结构大、噪音高、道路通过性差；(2)输送效率低、动力装置大；(3)管柱回收下放速度慢、地面排管架上管柱移动还需要人员辅助。
如今，随着安全要求的不断提高和人员成本的增加，对管柱输送装置要求越来越高，全自动、高效率、低能耗、远程控制是必然发展趋势。
发明内容
本发明的目的在于提供一种管柱自动化输送装置及输送方法，以解决现有管柱输送装置存在的体积大、效率低、动力消耗大、噪音高等问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种管柱自动化输送装置，包括猫道本体、第一转臂、第二转臂和坡道体；猫道本体水平设置，第一转臂下端铰接猫道本体的一端；第二转臂上端铰接坡道体的上端，坡道体的下端铰接猫道本体的另一端；第一转臂上连接有第一驱动结构，用于驱动第一转臂的绕其下端旋转；第二转臂上连接有第二驱动结构，用于驱动第二转臂的绕其上端旋转；第一转臂和第二转臂旋转至共面时，形成管柱输送坡道；猫道本体两侧各设有一组排管架。
进一步的，第一驱动结构包括第一支架和第一油缸；第一支架包括相互铰接的两段，第一支架一端铰接在第一转臂上，另一段铰接在猫道本体上；第一油缸连接第一支架的两段；第一油缸伸出/回收能够驱动第一转臂绕猫道本体旋转。
进一步的，第二驱动结构包括第二支架和第二油缸；第二支架包括相互铰接的两段，第二支架一端铰接在第二转臂上，另一段铰接在坡道体上；第二油缸连接第二支架的两段；第二油缸伸出/回收能够驱动第二转臂绕坡道体旋转。
进一步的，还包括第三转臂和第四转臂；第三转臂和第四转臂的一端均铰接在猫道本体上；且第三转臂和第四转臂的旋转轴与第一转臂与猫道本体的铰接轴共轴。
进一步的，一组排管架包括并列设置的两个；排管架包括横梁和排管架本体；排管架本体固定设置在猫道本体旁侧，排管架本体上设有三个导向体，每个导向体与对应横梁之间设有一个油缸；猫道本体靠近横梁的部位设置有翻转臂。
进一步的，三个导向体对应的油缸伸缩，伸缩长度不同，带动横梁绕排管架前端逆时针旋转，两端高度的调节形成一个自然斜度，存放在横梁上的管柱受重力作用自动向猫道本体的一侧移动，第二挡销限制管柱前移；依据控制指令，第二挡销缩回，一个管柱前移后第二挡销自动升起，挡住后边管柱，前移的一根管柱进入待输送区的翻转臂上；输送管柱时，翻转臂旋转，输送管柱进入猫道内的第四转臂，第四转臂通过油缸举升旋转升起，到达第一转臂位置；第四转臂内的顶出机构旋转，提升管柱，在重力作用下将管柱移入第一转臂，第一转臂上安装有由绞车驱动的小车；小车在绞车通过钢丝绳牵引下，带动管柱沿已建立的管柱输送坡道上行，到达工作台面。
进一步的，翻转臂一端铰接在猫道本体上，另一端连接第三油缸的活动端，第三油缸的固定端固定在猫道本体上，第三油缸的活动端伸出能够推动翻转臂绕猫道本体旋转。
进一步的，翻转臂上设有第一挡销，横梁的末端设有第二挡销；第一挡销和第二挡销之间的区域形成待输送区，待输送区仅能够容纳一根管柱。
进一步的，第一转臂上设有能够将第一转臂上管柱顶出至第三转臂或第四转臂上的顶出机构。
一种管柱自动化输送方法，一侧排管架输送管柱具体包括：
步骤1：将钻井所需的管柱整齐排放在排管架体上；
步骤2：调节第一油缸驱动第一支架上升，在第一支架的作用下，第一转臂向上逆时针旋转运动；调节第二油缸驱动第二支架上升，在第二支架的作用下，第二转臂向上顺时针旋转；调节第一转臂、第二转臂共面，形成一个由下至上倾斜的管柱输送坡道；
步骤3：驱动横梁向猫道方向倾斜，形成一个倾斜坡道，存放在排管架上的管柱受重力作用，自动向前移动至第二挡销处；
步骤4：收缩第二挡销，一根管柱前移至待输送区，第二挡销自动升起，调节油缸驱动旋转臂，将管柱翻转至第二转臂；
步骤5：调节油缸驱动第二转臂逆时针向上旋转至第一转臂位置，第二转臂内的顶出机构将管柱翻转至第一转臂；
步骤6：管柱翻转至第一转臂后，启动绞车，钢丝绳牵引小车带动管柱沿斜面坡道向上移动，到达钻机钻台面后等待其他设备抓取。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
地面排管架、猫道、坡道采用电、气、液控制，拆卸接口少，使得该装置在经常搬运情况下，减少了联结，提高了液压系统的可靠性。
管柱输送系统的冗余设计和钻台机械手的结合，可以实现单管柱(钻杆)从地面到钻台面，再到入鼠洞的全过程自动化。
本发明的装置具有高度自动化功能，同时也具有原人工操作模式。
本发明的装置具有安装快速、低噪音、节能。
本发明的装置设置左右管柱接收机构，能够同时工作，使其效率高，在具有向上高效输送管柱的同时，管柱的回收(下放)同样高效。
附图说明
图1是本发明管柱自动化输送装置初始状态图；
图2是本发明管柱自动化输送装置结构图；
图3是本发明管柱自动化工作简图；
图4是本发明排管架输送管柱工作状态图；
图5是本发明图4局部图；
图6是本发明排管架回收管柱工作状态图；
图7是本发明顶出机构示意图。
图中序号：1、小车；2、猫道本体；3、第一转臂；4、第一支架；5、第一油缸；6、第二油缸；7、第二支架；8、第二转臂；9、绞车；10、坡道体；11、第三转臂；12、第四转臂；13、第三油缸；14、第一挡销；15、翻转臂；16、第二挡销；17、第一导向体；18、第四油缸；19、横梁；20第五油缸；21、第二导向体；22、排管架本体；23、翻板；24、第六油缸。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明进行详细说明。
请参阅图1至图6所示，本发明提供一种管柱自动化输送装置，包括：猫道本体2、第一转臂3、第二转臂8、坡道体10、第三转臂11和第四转臂12。
猫道本体2水平设置，第一转臂3下端铰接猫道本体2的一端；第二转臂8上端铰接坡道体10的上端，坡道体10的下端铰接猫道本体2的另一端。
还包括第一支架4，第一支架包括相互铰接的两段，第一支架4一端铰接在第一转臂3上，另一段铰接在猫道本体2上；第一油缸5连接第一支架4的两段；第一油缸5伸出/回收能够驱动第一转臂3绕猫道本体2旋转。
还包括第二支架7，第二支架7包括相互铰接的两段，第二支架7一端铰接在第二转臂8上，另一段铰接在猫道本体2上；第二油缸6连接第二支架7的两段；第二油缸6伸出/回收能够驱动第二转臂8绕猫道本体2旋转。
第三转臂11和第四转臂12的一端均铰接在猫道本体2上；且第三转臂11和第四转臂12的旋转轴与第一转臂3与猫道本体2的铰接轴共轴。
第一支架4在第一油缸5作用下能够带动第一转臂3向上逆时针旋转。坡道体10上的第二转臂8，在第二油缸6作用下带动顺时针旋转，当第一转臂3和第二转臂8旋转到共面时，为管柱输送建立了一个由下至上的一个坡道(斜面)，给管柱向上移动提供了一个斜面滑道。
请参阅图1、图4和图5所示，猫道本体2的两侧各设有一组排管架100；一组排管架包括并列设置的两个；排管架包括横梁19和排管架本体22；排管架本体22固定设置在猫道本体2旁侧，排管架本体22上设有三个导向体(第一导向体17、第二导向体21和第三导向体)，第一导向体17与对应横梁19之间设有第四油缸18；第二导向体21与对应横梁19之间设有第五油缸20；猫道本体2靠近横梁19的部位设置有翻转臂15；翻转臂15一端铰接在猫道本体2上，另一端连接第三油缸13的活动端，第三油缸的固定端固定在猫道本体2上，第三油缸13的活动端伸出能够推动翻转臂15绕猫道本体2旋转。翻转臂15上设有第一挡销14，横梁19的末端设有第二挡销16；第一挡销14和第二挡销16之间的区域形成待输送区。
第四油缸18、第五油缸20在对应第一导向架17、第二导向架21内垂直向上移动(移动高度不一样)，带动横梁19绕排管架前端逆时针旋转，两端高度的调节形成一个自然斜度(坡道)，存放在横梁19上的管柱受重力作用自动向猫道本体2的一侧移动，第二挡销16限制管柱前移。依据指令，第二挡销16缩回，一个管柱前移后第二挡销16自动升起，挡住后边管柱，前移的一根管柱进入待输送区的翻转臂15上，并夹持于第一档销14和第二档销16之间；管柱运行到第一挡销14处停止。待输送区仅存放一根管柱，当需要输送管柱时，翻转臂15旋转，输送管柱进入猫道内的第四转臂12，第四转臂12通过油缸举升旋转升起，到达第一转臂3位置。第四转臂12内的顶出机构(图7)的翻板23在第六油缸24作用下围绕支点旋转，提升管柱，在重力作用下将管柱移入第一转臂3，第一转臂3上安装有由绞车9驱动的小车1；小车1在绞车9通过钢丝绳牵引下，带动管柱沿已建立的直线工作坡道(斜面)上行，到达工作台面，等待相关设备抓取。同样原理，另一侧排管架输送管柱同前述。
猫道本体两侧均设有排管架，依据存放管柱的多少，由多节图4所示架体组成，每节架体之间管柱的输送按照图4(或图6)所示方式，向前端架体倒入管柱，使其排管架上的管柱全部能够实现按要求自动移动。
回收管柱原理同前述相反，管柱进入已建立的坡道(斜面)同小车1接触，小车1下移，带管柱到达猫道下部，第一转臂3内的顶出机构按指令要求，将管柱送入第三转臂11或第四转臂12，第三转臂11或第四转臂12旋转回位，其内部顶出机构将管柱顶出移入横梁19，如图6所示，管柱移动到底端。
同样原理，另一侧排管架输送管柱同前述。
本发明还提供了一种管柱输送的方法，利用上述本发明的装置，按照以下步骤实施管柱由地面输送到钻台面上：
步骤1：将钻井所需的管柱整齐排放在排管架体上；
步骤2：调节第一油缸5驱动第一支架4上升，在第一支架4的作用下，第一转臂3向上逆时针旋转运动；调节第二油缸6驱动第二支架7上升，在第二支架7的作用下，第二转臂8向上顺时针旋转。调节第一转臂3、第二转臂8共面，形成一个由下至上供管柱移动的斜面通道；
步骤3：调节第四油缸18、第五油缸20，使其在各自第一导向体17、第二导向体21内垂直向上伸出，驱动横梁19向猫道方向倾斜，形成一个倾斜坡道，存放在排管架上的管柱受重力作用，自动向前移动至第二挡销16处；
步骤4：收缩第二挡销16，一根管柱前移至待输送区，第二挡销16自动升起，调节油缸13驱动旋转臂15，将管柱翻转至第二转臂12。
步骤5：调节油缸驱动第四转臂12逆时针向上旋转至第一转臂3位置，第四转臂12内的顶出机构在第六油缸24的作用下，驱动翻板23，将管柱翻转至第一转臂3；
步骤6：管柱翻转至第一转臂3后，启动绞车9，钢丝绳牵引小车1带动管柱沿斜面坡道向上移动，到达钻机钻台面后等待其他设备抓取。
同样操作步骤，另一侧排管架输送管柱同前述。
Claims (10)
1.一种管柱自动化输送装置，其特征在于，包括猫道本体(2)、第一转臂(3)、第二转臂(8)和坡道体(10)；
猫道本体(2)水平设置，第一转臂(3)下端铰接猫道本体(2)的一端；第二转臂(8)上端铰接坡道体(10)的上端，坡道体(10)的下端铰接猫道本体(2)的另一端；
第一转臂(3)上连接有第一驱动结构，用于驱动第一转臂(3)的绕其下端旋转；
第二转臂(8)上连接有第二驱动结构，用于驱动第二转臂(8)的绕其上端旋转；
第一转臂(3)和第二转臂(8)旋转至共面时，形成管柱输送坡道；
猫道本体(2)两侧各设有一组排管架。
2.根据权利要求1所述的一种管柱自动化输送装置，其特征在于，第一驱动结构包括第一支架(4)和第一油缸(5)；第一支架包括相互铰接的两段，第一支架(4)一端铰接在第一转臂(3)上，另一段铰接在猫道本体(2)上；第一油缸(5)连接第一支架(4)的两段；第一油缸(5)伸出/回收能够驱动第一转臂(3)绕猫道本体(2)旋转。
3.根据权利要求1所述的一种管柱自动化输送装置，其特征在于，第二驱动结构包括第二支架(7)和第二油缸(6)；第二支架(7)包括相互铰接的两段，第二支架(7)一端铰接在第二转臂(8)上，另一段铰接在坡道体(10)上；第二油缸(6)连接第二支架(7)的两段；第二油缸(6)伸出/回收能够驱动第二转臂(8)绕坡道体(10)旋转。
4.根据权利要求1所述的一种管柱自动化输送装置，其特征在于，一组排管架包括并列设置的两个；排管架包括横梁(19)和排管架本体(22)；排管架本体(22)固定设置在猫道本体(2)旁侧，排管架本体(22)上设有三个导向体，每个导向体与对应横梁(19)之间设有一个油缸；猫道本体(2)靠近横梁(19)的部位设置有翻转臂(15)。
5.根据权利要求4所述的一种管柱自动化输送装置，其特征在于，翻转臂(15)一端铰接在猫道本体(2)上，另一端连接第三油缸(13)的活动端，第三油缸的固定端固定在猫道本体(2)上，第三油缸(13)的活动端伸出能够推动翻转臂(15)绕猫道本体(2)旋转。
6.根据权利要求5所述的一种管柱自动化输送装置，其特征在于，翻转臂(15)上设有第一挡销(14)，横梁(19)的末端设有第二挡销(16)；第一挡销(14)和第二挡销(16)之间的区域形成待输送区，待输送区仅能够容纳一根管柱。
7.根据权利要求6所述的一种管柱自动化输送装置，其特征在于，还包括第三转臂(11)和第四转臂(12)；第三转臂(11)和第四转臂(12)的一端均铰接在猫道本体(2)上；且第三转臂(11)和第四转臂(12)的旋转轴与第一转臂(3)与猫道本体(2)的铰接轴共轴。
8.根据权利要求7所述的一种管柱自动化输送装置，其特征在于，三个导向体对应的油缸伸缩，伸缩长度不同，带动横梁(19)绕排管架前端逆时针旋转，两端高度的调节形成一个自然斜度，存放在横梁(19)上的管柱受重力作用自动向猫道本体(2)的一侧移动，第二挡销(16)限制管柱前移；依据控制指令，第二挡销(16)缩回，一个管柱前移后第二挡销(16)自动升起，挡住后边管柱，前移的一根管柱进入待输送区的翻转臂(15)上；输送管柱时，翻转臂(15)旋转，输送管柱进入猫道内的第四转臂(12)，第四转臂(12)通过油缸举升旋转升起，到达第一转臂(3)位置；第四转臂(12)内的顶出机构旋转，提升管柱，在重力作用下将管柱移入第一转臂(3)，第一转臂(3)上安装有由绞车(9)驱动的小车(1)；小车(1)在绞车(9)通过钢丝绳牵引下，带动管柱沿已建立的管柱输送坡道上行，到达工作台面。
9.根据权利要求7所述的一种管柱自动化输送装置，其特征在于，第一转臂(3)上设有能够将第一转臂上管柱顶出至第三转臂(11)或第四转臂(12)上的顶出机构。
10.一种管柱自动化输送方法，其特征在于，基于权利要求7所述的一种管柱自动化输送装置，一侧排管架输送管柱具体包括：
步骤1：将钻井所需的管柱整齐排放在排管架体上；
步骤2：调节第一油缸(5)驱动第一支架(4)上升，在第一支架(4)的作用下，第一转臂(3)向上逆时针旋转运动；调节第二油缸(6)驱动第二支架(7)上升，在第二支架(7)的作用下，第二转臂(8)向上顺时针旋转；调节第一转臂(3)、第二转臂(8)共面，形成一个由下至上倾斜的管柱输送坡道；
步骤3：驱动横梁(19)向猫道方向倾斜，形成一个倾斜坡道，存放在排管架上的管柱受重力作用，自动向前移动至第二挡销(16)处；
步骤4：收缩第二挡销(16)，一根管柱前移至待输送区，第二挡销(16)自动升起，调节油缸(13)驱动旋转臂(15)，将管柱翻转至第四转臂(12)；
步骤5：调节油缸驱动第四转臂(12)逆时针向上旋转至第一转臂(3)位置，第四转臂(12)内的顶出机构将管柱翻转至第一转臂(3)；
步骤6：管柱翻转至第一转臂(3)后，启动绞车(9)，钢丝绳牵引小车(1)带动管柱沿斜面坡道向上移动，到达钻机钻台面后等待其他设备抓取。
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